Utvecklingen går mot att testkostnaderna går om produktionskostnaderna för massproducerad hårdvara om man inte ser över sitt testsystem. Det är en av många trender som National Instrument ser. Läs här mer om vad deras årliga ”NI trend watch” tar upp.

Ökad integration sänker visserligen produktionskostnaderna men att komplexiteten samtidigt ökar leder till ökade testkostnaderna. Utvecklingen innebär att det snart är lika dyrt att testa en konstruktion som att producera den.
– Det är här vi kommer in o bilden, säger Johan Hillerström, på National Instruments svenska kontor. Våra produkter, hård- och mjukvara, syftar till att effektivisera test och därmed sänka testkostnaderna.

Johan Hillerström

Trend Watch 2016 tar upp ett antal punkter som påverkar framtida utveckling: Protypframtagning av 5G – från koncept till verklighet, ”big analog data”, utveckling av standarder för industriell IoT och test av ofantliga mängder ”smarta prylar” som kommer att ingå i begreppet IoT. Gartner beräknar att det år 2020 skall finnas 50 miljoner saker uppkopplade i världens nät för IoT (Internet of Things).
– Testkostnaderna för dessa får inte bli en flaskhals. Helst skall man inte behöva köpa ny hård- eller mjukvara.

Visioner från ITU-R
ITU publicerade för ett halvår sedan sin rekommendation M.2083-0  med titeln ”IMT Vision – Framwork and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond.
Nedanstående graf från IMTs rapport ger en överskådlig bild av vilka möjligheter och begränsningar som ges.

3GPP tror att framför allt på tre tillämpningsområden med olika typer av optimering:
* eMBB (enhanced Mobile Broadband)
* uMTC, UR/LL (Ultra Reliable and Low Latency)
* mMTC (massive Machine type Communication)
För industriellt bruk, där maskiner ”pratar med varandra” har särskilt låg fördröjning störst betydelse (latency), medan konsumentprylar kräver hög datahastighet och ett spektrumeffektivt utnyttjande av mobilnäten.

5G-prototyper i frontlinjen
I arbetet att ta fram lösningar för femte generationens mobilsystem, 5G, är det viktigt att snabbt kunna få fram fungerande prototyper.
Ett exempel är det storskaliga MIMO-system som Lunds universitet utvecklade i samarbete med National Instruments. Trots att 100 antenner, och vardera lika många sändar- och mottagarkanaler, ingår lyckades man åstadkomma ett fungerande system på bara sex månader. Till det bidrog att man i stor utsträckning kunde utgå från färdiga ”byggbitar” från National Instruments som transceivern USRP (av typen SDR, ”software defined radio”), datorer och moduler ur serierna RIO och PXI. Det hela knyts ihop med programvaran LabView Communications System design Suite.

MIMO med 100 samtifigt inkopplade antenner från Lunds universitet.

I grunden är det en variant av LabView, men med annat gränssnitt. Vissa delar är hämtade från AWR och förra året blev det möjligt att automatiskt åstadkomma pipelining i FPGA, något som tidigare var ganska besvärligt. Förutom A/D- omvandlaren är FPGA den andra viktiga grundkomponenten i en SDR, med uppgift att åstadkomma snabb parallellprocessning för signalbehandlingen.
Ett annat exempel är Samsungs 32 kanalers FD-MIMO – Full Dimension MIMO. I det systemet kombinerar man MIMO med fasstyrda antenner för att kunna rikta antennlobens azimut- och elevationsvinkel.
Nokia och National Instruments har tillsammans demonstrerat en millimetervågslänk där man på en sträcka över 200 m överförde 10 Gbit/s på 73 GHz. I systemet ingick PXI-moduler LabView och LabView FPGA.
– Det tog oss ett år att bygga systemet, vilket är halva tiden jämfört med om vi hade använt andra komponenter att bygga med, säger dr Amaitava Ghosh, som är chef för affärsområdet Broadband  wireless communication.
Andra samarbetspartner som National Instruments har är Theodore (Ted) S. Rappaport, verksam bl a som professor vid New Yorks universitet (NYU) där han har grundat NYU Wireless. Arbetet där har lett fram till ett 5G-system för millimetervågskommunikation, uppbyggt med NI-komponenter.
National Instruments har också bidragit till den forskning om ”multi radio access technology” som bedrivs vid Dresdens tekniska universitet.

Nätstandarder för IoT
Industriell användning av IoT – den som National Instruments inriktar sig på – kräver nya standarder för nätverk. Traditionellt sett styrs maskiner för produktion och andra processer lokalt. de kanske också kan nås och styras på distans via internet via en brandvägg.
Den traditionella modellen duger inte om flera maskiner på distans skall styras med interaktion. Vad som brister är fördröjningar. I nästa fas av industriell styrning måste man på ett helt annat sätt kunna ha kontroll av fördröjningarna och minimera dessa. Det kan vara kraftsystem, där vind, vatten eller kanske kolkraft ingår och där man snabbt måste kunna parera för variationer i belastning eller utvunnen effekt. Kanske man vill styra en produktionslina i Kina och snabbt kunna reglera denna.
Såhär kan OSI-lagren för traditionellt Ethernet beskrivas:

Blått visar det som är standardiserat och rött visar icke standardiserad hårdvara/programvara.

Den vanliga stardaden för ethernet ger är bäst beträffande öppenhet och interoperabilitet. Men man kan inte gararantera fördröjningstider (latency), vilket behövs i styrsystem, och inte heller bandbredd, vilket behövs för en säker funktion.

Här ser vi ”Hard time” Ethernet. Som framgår är det mycket som inte är standardiserat.

Modellen för ”Hard time Ethernet” är bäst för styrändamål tack vare att man har kontroll över fördröjningstiderna. Men modellens snäva begränsningar, där mycket litet är standardiserat, gör att man inte kan dra nytta av komponenter från tredje part. Det går inte heller att skala systemet till snabbare varianter av Ethernet.

Standardisering på gång
IEEE arbetar på en ny 802-standard för att förbättra inverkan av fördröjningstider och ge högre brandbredd, för att samtidigt ge inoperabilitet och öppenhet.
Ett sådant ”Time sensitive network, TSN, kan ge:
* Tidssynkronisering
* Bandbreddsreservation och redundanta signalvägar för att skapa säkerhet.
* Garanterat fast fördröjning
* Låg fördröjning och kunna avbryta pågående process och ge företräde för en mer prioriterad processen.
* Bandbredd
* Signalvägar som kan läggas om för att stödja komplexa nätverk och trådlös överföring.
Så här kan det se ut i framtiden:

Hela projektet för TNS syftar till att ta fram en gemensam plattform där grundkomponenterna finns med.
Projekt utformas i ett samarbete där National Instruments ingår tillsammans med Intel, Cisco, Broadcom, Marvell, BMW, GM och TTTech.

Filed under: Matteknik, Teknikartiklar